Что обеспечивает использование компьютеров при создании автоматизированных систем управления транспортными средствами

Обновлено: 21.11.2024


Миссия NHTSA — спасать жизни, предотвращать травмы и снижать экономические издержки дорожно-транспортных происшествий с помощью образования, исследований, стандартов безопасности и правоприменительной деятельности. Передовые автомобильные технологии обещают не только изменить стиль вождения, но и спасти жизни.

Непрерывная эволюция автомобильных технологий направлена ​​на обеспечение еще больших преимуществ в плане безопасности по сравнению с предыдущими технологиями. Однажды автоматизированные системы вождения, которые некоторые называют автоматизированными транспортными средствами, смогут полностью справиться с задачей вождения, когда мы не хотим или не можем делать это сами.

НАБДД демонстрирует свою приверженность спасению жизней на дорогах и автомагистралях нашей страны благодаря своему подходу к безопасной разработке, тестированию и внедрению новых и передовых автомобильных технологий, обладающих огромным потенциалом для повышения безопасности и мобильности для всех американцев.

Обеспечение лидерства Америки в технологиях автоматизированных транспортных средств: автоматизированные транспортные средства 4.0

AV 4.0, анонсированный на выставке CES в январе 2020 г., основан на Подготовке к будущему транспорта: автоматизированные транспортные средства 3.0 (AV 3.0), расширяя область действия до 38 соответствующих компонентов правительства США (USG). которые имеют прямое или косвенное участие в безопасной разработке и интеграции AV-технологий. AV 4.0 структурирован по трем ключевым направлениям: принципы USG AV, административные усилия, направленные на поддержку роста и лидерства в области AV-технологий, а также действия USG и возможности для сотрудничества.

AV 4.0 стремится обеспечить последовательный подход правительства США к технологиям AV, а также детализировать полномочия, исследования и инвестиции, осуществляемые в рамках правительства США, чтобы Соединенные Штаты могли продолжать лидировать в исследованиях, разработках и интеграции технологий AV.< /p>

Подготовка к будущему транспорта: автоматизированные транспортные средства 3.0

4 октября 2018 г. Министерство транспорта выпустило новое федеральное руководство по автоматизированным транспортным средствам — Автоматизированные транспортные средства 3.0: подготовка к будущему транспорта 3.0. Оно основано на 2.0 DOT: A Vision for Safety и предоставляет штатам рекомендации по обучению и лицензированию водителей-испытателей. Он также предлагает организациям, проводящим тестирование, рекомендации по рассмотрению методов вовлечения водителей во время тестирования.

Кроме того, НАБДД объявило о проведении пилотного проекта ADS. Это предварительный шаг, в рамках которого требуется получить общественное мнение о национальной пилотной исследовательской программе, призванной помочь в безопасном тестировании и развертывании транспортных средств, оборудованных ADS. Это сотрудничество может помочь в исследованиях и разработке стандартов безопасности для передовых технологий безопасности транспортных средств.

AV 3.0 предлагает нашей стране план разработки захватывающих новых технологий. По мере того, как мы используем технологические достижения в автомобильном транспорте, безопасность должна оставаться главным приоритетом. Вместе мы можем поощрять новые технологии, которые повышают безопасность, не препятствуя инновациям.

Отчеты NHTSA по ряду тем, касающихся новых автомобильных технологий. Просмотрите и загрузите последние отчеты NHTSA и опубликованные отчеты и документы.

Автоматизированные системы вождения 2.0: концепция безопасности

США DOT и NHTSA проанализировали комментарии реестра Федерального реестра (NHTSA-2016-0090), протоколы публичных собраний и другие обсуждения заинтересованных сторон, недавние слушания в Конгрессе и деятельность штата и использовали этот анализ в качестве основы для улучшений и уточнений для разработки нового добровольного руководства NHTSA — Автоматизированные системы вождения 2.0: концепция безопасности. Новое руководство более четкое, упорядоченное, менее обременительное и содержит дополнительную, более полезную информацию для штатов.

Объем этого руководства значительно сокращен по сравнению с Федеральной политикой в ​​отношении автоматизированных транспортных средств от 2016 года и состоит из двух разделов: Раздел I: Добровольное руководство по автоматизированным системам вождения; и Раздел II: Техническая помощь штатам, передовой опыт для законодательных органов в отношении автоматизированных систем вождения.

Ниже приводится краткое сравнение нового Добровольного руководства и FAVP.

Федеральная политика в отношении автоматизированных транспортных средств 2016 г.

В этом разделе содержится руководство для производителей, разработчиков и других организаций, в котором изложена «Оценка безопасности» из 15 пунктов для безопасного проектирования, разработки, тестирования и развертывания высокоавтоматизированных транспортных средств (HAV).

Автоматизированные системы вождения 2.0: концепция безопасности

Пересмотрено и оптимизировано, чтобы подчеркнуть добровольный характер рекомендаций — отсутствие требований к соблюдению или механизма обеспечения соблюдения.

  • Основное внимание уделяется новому руководству по эксплуатации автоматизированных систем вождения (ADS) уровня 3 и выше.
  • Поясняет, что оценки не подлежат утверждению на федеральном уровне; нет периода ожидания или задержки для начала тестирования или развертывания.
  • Не налагает никаких новых барьеров или требований к отчетности.
  • Пересмотр приоритетных элементов безопасности сосредоточен на 12 аспектах, которые готовы к внедрению в ближайшее время.
  • Элементы, связанные с конфиденциальностью, этическими соображениями, регистрацией и обменом данными, помимо данных об авариях, остаются важными и требуют дальнейшего обсуждения и исследований.

Федеральная политика в отношении автоматизированных транспортных средств 2016 г.

В этом разделе представлено различие между обязанностями федерального правительства и штатов по регулированию ВГА, а также предложены рекомендуемые области политики для штатов, которые следует рассмотреть с целью создания согласованной национальной структуры для тестирования и развертывания ВГА.

Автоматизированные системы вождения 2.0: концепция безопасности

Заменено на Рекомендации по законодательству штата:

  • Разъясняет и разграничивает роли федерального правительства и штатов, настоятельно призывая штаты не кодифицировать в законодательном порядке какую-либо часть Руководства.
  • Содержит рекомендации для законодательных органов, включая общие компоненты, связанные с безопасностью, и важные элементы, касающиеся ADS, которые штатам следует рассмотреть для включения в законодательство.
  • Включает новый ресурс, ограничивает количество передовых методов и других рекомендуемых соображений на основе ресурсов реализации, разработанных нашими партнерами по безопасности дорожного движения.
  • Поощряет публичное раскрытие информации о добровольной самооценке безопасности.

Федеральная политика в отношении автоматизированных транспортных средств 2016 г.

В этом разделе описаны текущие инструменты регулирования Министерства транспорта, которые можно использовать для ускорения безопасной разработки HAV, такие как интерпретация действующих правил для обеспечения большей гибкости при проектировании и предоставление ограниченных исключений для более своевременного тестирования нетрадиционных конструкций транспортных средств. мода.

Автоматизированные системы вождения 2.0: концепция безопасности

Включен в качестве отдельного ресурса на веб-сайте НАБДД с информацией и инструкциями по запросу регуляторной деятельности НАБДД.

Федеральная политика в отношении автоматизированных транспортных средств 2016 г.

В этом разделе указаны потенциальные новые регулирующие инструменты и законодательные органы, которые могут способствовать безопасному и эффективному внедрению новых спасательных технологий.

Автоматизированные системы вождения 2.0: концепция безопасности

Заменено на управленческий подход Департамента к устранению барьеров для ADS и сохранению полномочий NHTSA по самосертификации и дефектовке и отзыву.

Индекс раскрытия добровольной самооценки безопасности

Найдите шаблон добровольной самооценки безопасности (VSSA) здесь, а также постоянно обновляемый указатель VSSA.

Как эта версия политики связана с Федеральной политикой в ​​отношении автоматизированных транспортных средств, выпущенной в 2016 году?

Федеральная политика в отношении автоматизированных транспортных средств (FAVP), выпущенная в сентябре 2016 года, заменяется новым Добровольным руководством для отрасли и штатов в отношении автоматизированных систем вождения (ADS). Это Добровольное руководство улучшает, упорядочивает и разъясняет проблемные области, поднятые заинтересованными сторонами в ответ на FAVP. Политика создает менее обременительную и гибкую основу, которая позволяет компаниям в первую очередь внедрять инновации, сосредоточив внимание на результатах, основанных на производительности, для повышения безопасности и мобильности, а не на преодолении бюрократических преград.

Новая политика служит текущим руководством NHTSA по эксплуатации автоматизированных систем вождения (ADS), SAE Automation Levels 3–5.

Изменения в новом добровольном руководстве включают: удаление систем уровня 2; сосредоточение инициатив по обмену данными на реконструкции аварий; уточнение элементов безопасности, которые НАБДД должно учитывать, и добровольная самооценка безопасности. Чтобы было ясно, НАБДД по-прежнему сохраняет за собой полные дефекты, отзыв и правоприменительные полномочия в отношении этих транспортных средств.

После Федеральной политики в отношении автоматизированных транспортных средств штаты начали предлагать и принимать законы, касающиеся автоматизированных систем вождения. В свете этого и комментариев, полученных НАБДД, были удалены некоторые элементы, носившие спекулятивный характер и выходящие за рамки полномочий НАБДД в отношении конфиденциальности, регистрации и сертификации, а также этических соображений. Это важные области для дальнейшего обсуждения и исследований, но было бы преждевременно включать эти соображения в этот документ.

Изменения в разделе о штатах включают добавление законодательных принципов, призванных помочь штатам в рассмотрении законодательства в отношении ADS, а также акцент и уточнение помощи, которую НАБДД предлагает службам безопасности дорожного движения в штатах.

Эта работа закладывает основу для запуска Департаментом FAVP 3.0, который будет более широко охватывать дорожную сеть наземного транспорта и использовать усилия других модальных администраций, включая: Федеральное управление автомобильных дорог, Федеральное управление безопасности автотранспортных средств и Федеральное управление транзита. в дополнение к Национальной администрации безопасности дорожного движения.Департамент начал работу над скоординированным комплексным планом активного поощрения инноваций, обеспечения безопасного развертывания автоматических транспортных средств всех видов и создания эффективной транспортной сети в ближайшие годы.

Команда была удостоена награды Общества робототехники и автоматизации IEEE за лучшую новую прикладную работу за разработку надежных систем управления для удержания в полосе движения и адаптивного круиз-контроля.

Увеличить

×

Утренние поездки на работу и так достаточно напряжены, и вам не нужно иметь дело с автономными транспортными средствами, которые следуют за вами сзади или смещаются в вашу полосу движения.

Такие системы, как Lane Keeping (LK), которая напрямую корректирует направление движения автомобиля, чтобы предотвратить его смещение на другую полосу, и адаптивный круиз-контроль (ACC), который регулирует скорость автомобиля, чтобы обеспечить безопасную дистанцию ​​вождения от более медленное транспортное средство впереди существует сегодня, и итерации этих функций существуют уже довольно давно. Обе функции необходимы для того, чтобы полностью автономные транспортные средства действительно стали реальностью. Однако, когда оба активируются одновременно, нет гарантии, что они будут работать правильно — до сих пор.

Джесси Гризл, почетный профессор Университета Элмера Гилберта, профессор технических наук Джерри В. и Кэрол Л. Левин и директор Мичиганской робототехники, а также группа ученых из нескольких университетов создали решение, гарантирующее, что контроллеры, связанные с LK и ACC ведут себя формально корректно, когда оба активированы. Их исследование следует за работой профессора Нечмие Озай и ее команды, которые создали первое в мире решение этой проблемы. Этот проект был частью гранта NSF Frontier Grant, крупного мультиуниверситетского проекта стоимостью четыре миллиона долларов.

"Мы взялись за эти сложные задачи, которые были гораздо более реалистичными, чем то, что делали другие группы, и у нас был этот крупный грант, чтобы обеспечить сотрудничество с разными уровнями знаний", – говорит Гриззл. «Это было невероятно круто».

Их исследование опубликовано под названием «Гарантии правильности сочетания функций удержания полосы движения и адаптивного круиз-контроля». Этот документ получил награду IEEE Transactions on Automation Science and Engineering (T-ASE) Googol за лучшую новую прикладную статью за 2019 год, присуждаемую IEEE Robotics and Automation Society. Награда присуждается за лучшую новую заявку T-ASE, опубликованную в предыдущем календарном году. Победитель определяется на основе важности новых приложений, технических достоинств, оригинальности, потенциального влияния на область и ясности представления исследования.

Исследователи представляют модульный подход к конструктивному управлению с гарантиями правильности для одновременной работы LK и ACC, где продольная сила и угол поворота руля генерируются путем решения квадратичных программ. Команда обеспечивает соблюдение ограничений безопасности, ограничивая состояния транспортного средства определенными контролируемо-инвариантными наборами.

Представленные методы могут быть применены к другим проблемам контроля безопасности. Команда протестировала свои алгоритмы на роботе Хепера (миниатюрном программируемом мобильном роботе) и на испытательном стенде Роботариум (удаленно доступный испытательный стенд для исследования роевой робототехники). Команда написала предыдущий документ, посвященный основам проблемы, которая была конкретно применена к шагающим роботам.

"Это было сделано для того, чтобы дать роботам гарантии, чтобы они не падали так часто, – говорит Гриззл, – – но до реализации этих методов еще далеко".

Команда надеется протестировать свои алгоритмы на полноразмерном автомобиле. Ведущим автором статьи является Сянру Сюй, бывший научный сотрудник с докторской степенью, работавший с Гриззлом, который сейчас является доцентом Висконсинского университета в Мэдисоне.

Несмотря на то, что были приложены все усилия для соблюдения правил стиля цитирования, могут быть некоторые расхождения. Если у вас есть какие-либо вопросы, обратитесь к соответствующему руководству по стилю или другим источникам.

Наши редакторы рассмотрят то, что вы отправили, и решат, нужно ли пересматривать статью.

автоматизация, применение машин к задачам, которые когда-то выполнялись людьми, или, все чаще, к задачам, которые в противном случае были бы невозможны. Хотя термин механизация часто используется для обозначения простой замены человеческого труда машинами, автоматизация обычно подразумевает интеграцию машин в самоуправляемую систему.Автоматизация произвела революцию в тех областях, в которых она была внедрена, и едва ли найдется аспект современной жизни, на который она не повлияла.

Термин автоматизация был придуман в автомобильной промышленности примерно в 1946 году для описания более широкого использования автоматических устройств и средств управления на механизированных производственных линиях. Происхождение слова приписывают Д. С. Хардеру, в то время техническому директору Ford Motor Company. Этот термин широко используется в контексте производства, но он также применяется вне производства в связи с различными системами, в которых человеческое усилие и интеллект в значительной степени заменены механическими, электрическими или компьютерными действиями.

От сверления отверстий и перевозки грузов до автомобильных двигателей и их производства — поработайте над этими вопросами и проверьте свои знания в области машиностроения и производства в этой викторине.

В общем случае автоматизацию можно определить как технологию, связанную с выполнением процесса с помощью запрограммированных команд в сочетании с автоматическим контролем обратной связи для обеспечения надлежащего выполнения инструкций. Полученная система способна работать без вмешательства человека. Развитие этой технологии все больше зависит от использования компьютеров и связанных с ними технологий. Следовательно, автоматизированные системы становятся все более изощренными и сложными. Усовершенствованные системы представляют собой уровень возможностей и производительности, которые во многих отношениях превосходят способности людей выполнять те же действия.

Технологии автоматизации развились до такой степени, что на их основе развился ряд других технологий, получивших признание и собственный статус. Робототехника — одна из таких технологий; это специализированная отрасль автоматизации, в которой автоматическая машина обладает определенными антропоморфными или человекоподобными характеристиками. Наиболее типичной человеческой характеристикой современного промышленного робота является его механическая рука с приводом. Рука робота может быть запрограммирована на выполнение последовательности движений для выполнения полезных задач, таких как загрузка и разгрузка деталей на производственной машине или выполнение последовательности точечных сварных швов на металлических деталях кузова автомобиля во время сборки. Как видно из этих примеров, промышленные роботы обычно используются для замены людей на производственных предприятиях.

В этой статье рассматриваются основы автоматизации, в том числе ее историческое развитие, принципы и теория работы, применение на производстве и в некоторых услугах и отраслях, важных в повседневной жизни, а также влияние на человека и общество в целом. В статье также рассматривается разработка и технология робототехники как важная тема в области автоматизации. Связанные темы см. в разделе Информатика и обработка информации.

История развития автоматизации

Технология автоматизации развилась из родственной области механизации, начало которой положила промышленная революция. Механизация относится к замене силы человека (или животного) механической силой той или иной формы. Движущей силой механизации была склонность человечества к созданию инструментов и механических устройств. Здесь описаны некоторые важные исторические разработки в области механизации и автоматизации, которые привели к созданию современных автоматизированных систем.

Ранние разработки

Первые инструменты из камня представляли собой попытки доисторического человека направить свою физическую силу под контроль человеческого разума. Тысячи лет, несомненно, потребовались для разработки простых механических устройств и машин, таких как колесо, рычаг и шкив, с помощью которых можно было увеличить силу человеческих мышц. Следующим расширением стала разработка механических машин, для работы которых не требовалась человеческая сила. Примеры этих машин включают водяные колеса, ветряные мельницы и простые устройства с паровым приводом. Более 2000 лет назад китайцы разработали отбойные молотки, приводимые в движение проточной водой и водяными колесами. Первые греки экспериментировали с простыми реактивными двигателями, работающими от пара. Механические часы, представляющие собой довольно сложный узел с собственным встроенным источником питания (гирей), были разработаны около 1335 года в Европе. Ветряные мельницы с механизмами автоматического поворота парусов были разработаны в средние века в Европе и на Ближнем Востоке. Паровой двигатель стал крупным достижением в развитии механических машин и положил начало промышленной революции.В течение двух столетий, прошедших с момента появления паровой машины Уатта, были разработаны приводные двигатели и машины, получающие энергию от пара, электричества, химических, механических и ядерных источников.

Каждая новая разработка в истории механических машин влечет за собой повышенные требования к устройствам управления для использования мощности машины. Самые ранние паровые двигатели требовали, чтобы человек открывал и закрывал клапаны, чтобы сначала впустить пар в поршневую камеру, а затем выпустить его. Позже был разработан механизм золотникового клапана для автоматического выполнения этих функций. Единственная потребность человека-оператора заключалась в том, чтобы регулировать количество пара, которое контролировало скорость и мощность двигателя. Это требование человеческого внимания при работе паровой машины было устранено регулятором летающих шаров. Это устройство, изобретенное Джеймсом Уаттом в Англии, состояло из утяжеленного шара на шарнирном рычаге, механически соединенного с выходным валом двигателя. По мере увеличения скорости вращения вала центробежная сила заставляла утяжеленный шар двигаться наружу. Это движение управляло клапаном, который уменьшал подачу пара в двигатель, тем самым замедляя двигатель. Регулятор летающего шара остается элегантным ранним примером системы управления с отрицательной обратной связью, в которой увеличение выходной мощности системы используется для снижения активности системы.

Отрицательная обратная связь широко используется как средство автоматического управления для достижения постоянного уровня работы системы. Типичным примером системы управления с обратной связью является термостат, используемый в современных зданиях для контроля температуры в помещении. В этом устройстве понижение температуры в помещении приводит к замыканию электрического выключателя, в результате чего нагреватель включается. При повышении температуры в помещении выключатель размыкается и подача тепла отключается. Термостат можно настроить на включение нагревателя при любой заданной температуре.

Другим важным событием в истории автоматизации стал ткацкий станок Жаккарда (см. фотографию), который продемонстрировал концепцию программируемой машины. Около 1801 года французский изобретатель Жозеф-Мари Жаккард изобрел автоматический ткацкий станок, способный создавать сложные узоры на текстиле, управляя движением множества челноков с разноцветными нитями. Выбор различных рисунков определялся программой, содержащейся в стальных картах, в которых были пробиты отверстия. Эти карты были предками бумажных карт и лент, которыми управляют современные автоматические машины. Концепция программирования машины получила дальнейшее развитие позже, в 19 веке, когда Чарльз Бэббидж, английский математик, предложил сложную механическую «аналитическую машину», которая могла бы выполнять арифметические операции и обработку данных. Хотя Бэббидж так и не смог завершить его, это устройство было предшественником современного цифрового компьютера. См. компьютеры.

Команда была удостоена награды Общества робототехники и автоматизации IEEE за лучшую новую прикладную работу за разработку надежных систем управления для удержания в полосе движения и адаптивного круиз-контроля.

Увеличить

×

Утренние поездки на работу и так достаточно напряжены, и вам не нужно иметь дело с автономными транспортными средствами, которые следуют за вами сзади или смещаются в вашу полосу движения.

Такие системы, как Lane Keeping (LK), которая напрямую корректирует направление движения автомобиля, чтобы предотвратить его смещение на другую полосу, и адаптивный круиз-контроль (ACC), который регулирует скорость автомобиля, чтобы обеспечить безопасную дистанцию ​​вождения от более медленное транспортное средство впереди существует сегодня, и итерации этих функций существуют уже довольно давно. Обе функции необходимы для того, чтобы полностью автономные транспортные средства действительно стали реальностью. Однако, когда оба активируются одновременно, нет гарантии, что они будут работать правильно — до сих пор.

Джесси Гризл, почетный профессор Университета Элмера Гилберта, профессор технических наук Джерри В. и Кэрол Л. Левин и директор Мичиганской робототехники, а также группа ученых из нескольких университетов создали решение, гарантирующее, что контроллеры, связанные с LK и ACC ведут себя формально корректно, когда оба активированы. Их исследование следует за работой профессора Нечмие Озай и ее команды, которые создали первое в мире решение этой проблемы. Этот проект был частью гранта NSF Frontier Grant, крупного мультиуниверситетского проекта стоимостью четыре миллиона долларов.

"Мы взялись за эти сложные задачи, которые были гораздо более реалистичными, чем то, что делали другие группы, и у нас был этот крупный грант, чтобы обеспечить сотрудничество с разными уровнями знаний", – говорит Гриззл. «Это было невероятно круто».

Их исследование опубликовано под названием «Гарантии правильности сочетания функций удержания полосы движения и адаптивного круиз-контроля». Этот документ получил награду IEEE Transactions on Automation Science and Engineering (T-ASE) Googol за лучшую новую прикладную статью за 2019 год, присуждаемую IEEE Robotics and Automation Society. Награда присуждается за лучшую новую заявку T-ASE, опубликованную в предыдущем календарном году. Победитель определяется на основе важности новых приложений, технических достоинств, оригинальности, потенциального влияния на область и ясности представления исследования.

Исследователи представляют модульный подход к конструктивному управлению с гарантиями правильности для одновременной работы LK и ACC, где продольная сила и угол поворота руля генерируются путем решения квадратичных программ. Команда обеспечивает соблюдение ограничений безопасности, ограничивая состояния транспортного средства определенными контролируемо-инвариантными наборами.

Представленные методы могут быть применены к другим проблемам контроля безопасности. Команда протестировала свои алгоритмы на роботе Хепера (миниатюрном программируемом мобильном роботе) и на испытательном стенде Роботариум (удаленно доступный испытательный стенд для исследования роевой робототехники). Команда написала предыдущий документ, посвященный основам проблемы, которая была конкретно применена к шагающим роботам.

"Это было сделано для того, чтобы дать роботам гарантии, чтобы они не падали так часто, – говорит Гриззл, – – но до реализации этих методов еще далеко".

Команда надеется протестировать свои алгоритмы на полноразмерном автомобиле. Ведущим автором статьи является Сянру Сюй, бывший научный сотрудник с докторской степенью, работавший с Гриззлом, который сейчас является доцентом Висконсинского университета в Мэдисоне.

Читайте также: